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蛋白组 · 非标定量

LFQ 非标记定量蛋白质组

样本有几十上百例的时候,标记定量就不够用了——没有那么多通道。LFQ 走的是另一条路:每个样本单独上机,事后比较同一肽段的信号强度。不需要昂贵同位素试剂,也不受样本数量限制,特别适合大队列临床样本和细胞亚组分、外泌体这类拿不到太多材料的样本。

  • 无样本数上限
  • 不需同位素标记
  • 制样简便
  • 大队列适用
  • 外泌体/亚组分
无上限样本数量不受标记通道数限制
0同位素试剂不需要昂贵的稳定同位素内标
≥50µg 蛋白起送组织 ≥50 mg / 细胞 ≥1×10⁶
4-6周常规项目周期
01

技术简介

Label free 非标记定量技术无需使用昂贵的稳定同位素标签做内部标准,只需分析大规模鉴定蛋白质时所产生的质谱数据,比较不同样品中相应肽段的信号强度,从而对肽段对应的蛋白质进行相对定量。

典型适应于大队列临床血液/尿液样本、细胞亚组分/外泌体的蛋白质组学定量分析,以及基于亲和纯化的蛋白互作组学分析。

它的技术门槛不在“能不能测”,而在“能不能比”:不同批次、不同日期上机的样本,仪器状态和色谱柱老化程度都在变,所以 LFQ 项目对上机顺序、质控样本和归一化的要求比标记定量高得多。做得好的 LFQ 数据,跨样本可比性完全够用;做得随意的,批次效应会盖过生物学差异。

LFQ 蛋白鉴定结果示例表:蛋白 Accession、基因名、分子量、肽段数、序列覆盖度、强度与 MS/MS 计数
蛋白鉴定结果(部分示例):肽段数与序列覆盖度是判断鉴定可信度的基础指标
02

技术优势

无样品数量限制

不受标记通道数限制,几十例、上百例的临床队列可以一次排完,这是 LFQ 相对标记定量最大的优势。

制样简便,不同样品分别处理

每个样本独立处理、独立上机,不存在“混样后无法回头重测某一个样本”的问题;某个样本失败,单独补做即可。

不需标记,通量高

省掉同位素试剂成本与标记步骤,单样本成本更低,适合大队列筛查阶段。

适合微量与特殊样本

细胞亚组分、外泌体、免疫共沉淀洗脱液这类材料量少的样本,按单样本处理更灵活。

数据可回溯

每个样本都有独立的原始数据,后期想换分析策略、加样本,都可以在原数据上重跑。

与 DIA 互补

LFQ 走 DDA 采集,适合先做探索和库构建;样本量更大、要求更高定量精度时,可以升级为 DIA。

03

技术流程

1

蛋白提取

裂解提取总蛋白,BCA 定量并检查降解

2

酶解

还原打开二硫键、烷基化封闭巯基,胰酶酶解,除盐

3

质谱检测

LC-MS 检测,DDA 模式采集谱图,获得质谱原始数据

4

数据库检索

MaxQuant 分析原始数据,匹配蛋白数据库,获得定性与定量信息

5

质量评估

检查质量偏差、酶切效率、常见污染物与缺失数据情况

6

基础数据分析

定量数据统计、聚类分析、差异蛋白筛选

LFQ 技术路线:蛋白提取 → 酶解(还原、烷基化、胰酶酶解、脱盐)→ 质谱检测(DDA 采集)→ 数据库检索(MaxQuant)→ 质量评估 → 基础数据分析
LFQ 技术路线:DDA 采集 + MaxQuant 检索,逐环节质量评估
04

样本要求

LFQ 对样本间的一致性要求最高——各样本的蛋白量、裂解条件、处理时长越接近,数据越干净。

样本类型常规送样量最低送样量说明
蛋白溶液 / 蛋白量≥50 µg≥30 µg(仅做蛋白鉴定 ≥10 µg)浓度不低于 0.1 µg/µL;澄清、无色、不粘稠;−20 ℃ 保存,冰袋送样
组织≥50 mg5–10 mg液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰寄送;脂肪、骨、皮肤等特殊组织加量
细胞≥1×10⁶≥1×10⁵细胞沉淀干体积 ≥20 µL;PBS 洗两遍后离心去上清,液氮速冻
血浆 / 血清≥100 µL≥50 µL避免溶血;采血后尽快分离,最晚 48 h 内完成,防止蛋白降解
外泌体≥2×10⁹ 颗粒(NTA)≥1×10⁹ 颗粒相当于 BCA 蛋白总量 40 µg / 20 µg;分离后加 100 µL PBS 保存,不超过 200 µL
FFPE 切片10 片以上—每片厚 10 µm、组织面积 1 cm²(约 10 µg/片)
IP Beads正常 IP 后的干 Beads—PBS 洗三遍后去掉上清保留干 Beads,取 3/4 送样,−20 ℃ 冰袋寄送
三个容易踩的点:① 各组样本量必须对齐,不要在同一个项目里既有 100 µg 又有 50 µg 的样本;② 处理流程必须统一——同一批次裂解、同一批次酶解,中间不要换试剂批号;③ 血清血浆务必避免溶血,血红蛋白及其碎片会占据大量鉴定资源,压低其他蛋白的检出。

外泌体、细胞亚组分、IP 洗脱液等特殊样本,处理方式与常规样本不同,请提前与技术顾问确认取样量与 buffer 成分。

05

应用案例

案例解析
IF 7.2 Cell Chem Biol · 药物机制 / 细胞模型

Temporal proteomics reveal specific cell cycle oncoprotein downregulation by p97/VCP inhibition

时序蛋白质组学揭示 p97/VCP 抑制对特定细胞周期癌蛋白的下调作用

期刊:Cell Chemical Biology(IF 7.2,2024 JCR) · 发表时间:2022 年 3 月(29 卷 3 期,517–529.e5) · 阅读原文:doi.org/10.1016/j.chembiol.2021.11.005

研究设计:用蛋白质组学系统比较了 p97 shRNA 敲低(KD)与三种 p97 抑制剂(CB-5083、NMS-873、UPCDC-30245)、以及蛋白酶体抑制剂 MG132 在 HCT116 结肠癌细胞中的作用。用非标记定量(LFQ)蛋白质组学全面衡量 p97 敲低的功能影响,共定量到 6,884 种蛋白质。

核心结果:与对照组相比,p97 敲低的 HCT116 细胞中鉴定出 410 种显著上调蛋白和 356 种显著下调蛋白(p < 0.05)。差异分析证实 p97 蛋白本身下调 78%,ATF3 与 DDIT3(CHOP)上调超过 10 倍,这些变化与 Western Blot 结果一致。通路富集发现三个关键未折叠蛋白反应(UPR)通路——PERK、ATF6、IRE1α——富集到的差异蛋白均上调,说明 p97 缺失激活了全部三条 UPR 通路。此外,大多数细胞周期相关蛋白被 p97 敲低下调,包括 MCM 复合体,与 p97 KD 细胞较低的增殖率一致。

这个案例值得注意的地方:它同时比较了基因敲低与三种不同抑制剂——这是判断“药物是否真的通过靶点起效”的标准做法(on-target 效应)。LFQ 在这里承担的是全蛋白组的无偏读出,6,884 个蛋白给出的是全局图景,而不是预设的几个指标;随后每个关键结论都有 WB 兜底,这才是蛋白组数据该有的用法。

p97/VCP 抑制的 LFQ 蛋白组结果:敲低组与对照组的火山图、UPR 三条通路差异蛋白的维恩图、差异蛋白 KEGG 通路富集条形图、细胞周期与泛素化相关蛋白表达热图
从 LFQ 全局差异到 UPR 通路与细胞周期蛋白的读法(A–D)
06

常见问题

LFQ 和 DIA 是什么关系?
两者都是“不标记”,区别在采集方式:LFQ 走 DDA(每个时刻挑强度最高的若干母离子碎裂),DIA 走数据非依赖采集(按窗口全采)。DIA 的定量重复性和缺失值表现更好,正在逐步取代 LFQ;LFQ 的优势是流程成熟、成本更低,样本量不极端时完全够用。
为什么 LFQ 的缺失值比标记定量多?
因为每个样本单独上机。某个肽段在 A 样本里被选中碎裂、在 B 样本里没被选中,就形成缺失。这是 DDA 采集的固有特点,分析时会用过滤 + 归一化处理;缺失比例过高(通常超过 50%)的蛋白会被剔除,避免用填补值讲故事。
样本量差很多能一起做吗?
不建议。LFQ 比较的是信号强度,起始量不同会直接变成“差异”。如果确实有的样本量少,宁可整批按最低量统一处理,也不要混着上。
大队列项目怎么控制批次效应?
三条:随机化上机顺序(组间交叉)、插入质控样本(QC)监控漂移、跨批项目加桥接样本。这三步做了,几十上百例的队列数据才谈得上可比。
外泌体样本能做 LFQ 吗?
可以,而且外泌体是 LFQ 的典型场景之一。需要注意外泌体样本蛋白总量本来就少,需按规范提供 ≥2×10⁹ 颗粒(NTA),并说明分离方法(超离、SEC、试剂盒),不同方法带入的杂蛋白不一样。
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